專利名稱：混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料。
背景技術(shù)：
硫酸鹽侵蝕是影響混凝土耐久性的最主要的形式之一，在鐵路、公路、礦山和水電工程中都發(fā)現(xiàn)地下水對混凝土建筑物的硫酸鹽侵蝕問題，有的已嚴重危及建筑物的安全運行，如青海省的一些人防工程、成昆鐵路的部分隧道工程、青海鹽湖地區(qū)的公路工程，在鹽湖鹵水和鹽漬土中混凝土建筑物不到一年就完全崩潰，在鹽湖鹵水或鹽漬土交界部位，混凝土的腐蝕速度更快?；炷亮蛩猁}侵蝕問題已受到學術(shù)界和工程的關(guān)注，但是與混凝土的其它耐久性如抗凍性、碳化、鋼筋銹蝕、堿集料反應(yīng)的研究相比，對混凝土硫酸鹽侵蝕的研究相對較薄弱，研究過程中以及實際工程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象還較難用具有說服力的觀點給予解釋。由于研究方法和測試手段各異，研究人員對硫酸鹽侵蝕破壞的許多問題沒有形成一致的意見，有的甚至截然相反。一些工程單位對硫酸鹽侵蝕的機理認識不夠，在處理和修補遭受硫酸鹽侵蝕混凝土建筑物時，因材料設(shè)計不當，不能取得預(yù)期的效果。
一般都認為鈣礬石和石膏膨脹引起混凝土硫酸鹽破壞的最主要原因。硫酸鹽侵蝕可歸納為以下幾種破壞形式1.由鈣礬石引起的膨脹破壞。硫酸鹽溶液中的陽離子為可溶性的離子(如Na+、K+)時，硫酸鹽與C3A反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石的生成被認為是體積增加了2.5倍，導致膨脹應(yīng)力的產(chǎn)生，而使混凝土開裂破壞。事實上由Na2SO4、Ca2SO4或MgSO4引起的鹽結(jié)晶也是造成混凝土硫酸鹽侵蝕破壞的重要原因，在西部鹽堿地區(qū)及潮汐區(qū)這個問題更加突出。在自然使用環(huán)境中，鹽結(jié)晶引起多孔材料如混凝土和石材等表面剝蝕是常見的現(xiàn)象，其中以Na2SO4引起的破壞最普遍和嚴重。
在淡水中進行干濕循環(huán)引起的試件長度變化很小，然而在硫酸鹽溶液中進行干濕循環(huán)將引起試件的膨脹率逐漸增大，鹽濃度愈高，增加速度愈快。我們的研究表明C40的普通混凝土在10％Na2SO4溶液中浸泡180天，抗壓強度損失很小甚至有所提高，在Na2SO4溶液中而經(jīng)過14次干濕循環(huán)后，抗壓強度損失60％、抗折強度損失35％，經(jīng)18次循環(huán)后混凝土已完全破壞。
此外，Na2SO4的溶解度受溫度影響很大，當溫度降低時，很容易以Na2SO4·10H2O析晶，將產(chǎn)生較大的體積膨脹和鹽結(jié)晶壓。隨著Na2SO4濃度的增加，鹽溶液開始產(chǎn)生體積膨脹的溫度也提高，即更容易達到過飽和度而結(jié)晶，其鹽結(jié)晶膨脹率也顯著提高。
對于硫酸鹽侵蝕的防治措施，大多采用控制C3A、C3S含量和摻加活性摻合料等方法，來預(yù)防由鈣礬石和石膏引起的硫酸鹽侵蝕；我國水泥標準規(guī)定，抗硫酸鹽水泥的C3A含量應(yīng)小于5％，C3A+C4AF＜22％，C3S＜50％，高級抗硫酸鹽水泥C3A＜3.5％。最新頒布的建設(shè)部和鐵道部混凝土結(jié)構(gòu)耐久性行業(yè)標準對硫酸鹽侵蝕環(huán)境下混凝土膠凝材料的針對不同的使用環(huán)境，分別采用普硅水泥、中抗硫酸鹽水泥和高抗硫酸鹽水泥C3A含量分別控制在8％、5％和3％以下，對環(huán)境作用等級高的情況下，必須摻加20％以上的粉煤灰或礦渣粉。然而對于鹽結(jié)晶造成的硫酸鹽侵蝕，C3A含量并不是決定因素，研究表明在干濕交替的惡劣環(huán)境中，抗硫酸鹽水泥混凝土的抗侵蝕性能并不比普通水泥混凝土好。
在現(xiàn)場使用環(huán)境條件下，由于混凝土結(jié)構(gòu)表面將遭受頻繁的干濕循環(huán)作用，鹽溶液將在混凝土內(nèi)部不斷析晶和富積，最終產(chǎn)生鹽結(jié)晶壓破壞。因此，在一些鹽濃度較高地區(qū)、干濕循環(huán)頻繁的使用環(huán)境下，混凝土遭受的鹽結(jié)晶破壞要比實驗室中更加嚴重。事實上，混凝土在實際使用環(huán)境中不少工程的硫酸鹽侵蝕破壞主要由硫酸鹽結(jié)晶破壞引起的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料。
本發(fā)明提出的混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料，由引氣劑、減水劑及活性摻合料組成，其組分的重量配比為組分 重量百分比減水劑 1.9-98％引氣劑 0.1-20％活性摻合料 0-98％其總量滿足100％。
其中，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鹽、β-甲基萘磺酸鹽縮聚物、三聚氰胺甲醛縮聚物或聚羧酸鹽減水劑等中的一種或幾種；所述引氣劑為三萜皂甙表面活性劑、松香樹脂類的鈉鹽化合物、脂肪酸鹽類化合物、磺化碳氫化合物或烷基—苯甲基磺酸鹽類化合物等中的一種或幾種；所述活性摻合料為粉煤灰、礦渣微粉、硅灰或煤矸石粉等中的一種或幾種。
本發(fā)明較佳的組分配比如下組分重量百分比減水劑 5-98％引氣劑 0.1-5％活性摻合料 1.9-92％
其總量滿足100％。
本發(fā)明在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量的1-20％。本發(fā)明在混凝土中較佳的的摻入量為混凝土膠凝材料重量的1-10％。
本發(fā)明中，混凝土中加入引氣劑后，可在水泥漿體中引入的大量微小氣泡，起到了體積膨脹的“緩沖閥”的作用，可以有效的減小和延遲因硫酸鹽侵蝕引起的體積膨脹?；炷林屑尤霚p水劑，可降低混凝土的水灰比，可彌補混凝土引氣造成的抗壓強度損失。加入活性摻合料可細化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高密實度，減少混凝土中易受硫酸鹽侵蝕組分C3A和CH的含量，并改善混凝土中漿體與集料過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，減水劑、引氣劑應(yīng)符合國家標準GB8076-1997《混凝土外加劑》對減水劑和引氣劑質(zhì)量的要求。粉煤灰的等級為I、II級粉煤灰，粉煤灰的需水量比小于105％，燒失量小于5％。礦粉的比表面積大于350m2/kg，硅灰的燒失量小于5％，SiO2含量大于80％。煤矸石粉由自燃煤矸石或天然煤矸石經(jīng)煅燒后磨細而成，比表面積大于300m2/kg。
本發(fā)明的制備方法如下對于粉狀材料，將各組分材料按比例加入混合機中，攪拌3-5分鐘，混合即得所需制品。對于液體材料，將各組分材料加入分散機中，攪拌8-12分鐘，稱量包裝，即得所需制品。
混凝土中摻入本發(fā)明后，引入的氣泡產(chǎn)生的空間可以容納更多的鹽晶體，即引入的微小氣泡能有效的緩沖硫酸鹽結(jié)晶引起的膨脹。鹽結(jié)晶壓產(chǎn)生的膨脹率、剝落量顯著降低、強度損失的大幅度減小，混凝土的抗硫酸鹽結(jié)晶破壞能力顯著提高。本發(fā)明對提高混凝土的耐久性，尤其對提高西部鹽堿地區(qū)及沿海潮汐區(qū)混凝土使用壽命具有很高的價值，本材料生產(chǎn)工藝簡單，價格便宜，也易于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明能有效抑制混凝土硫酸鹽結(jié)晶引起的破壞，對防治混凝土的硫酸鹽侵蝕，尤其是對硫酸鹽濃度較高和干濕循環(huán)頻繁的使用環(huán)境(如西部鹽堿地、路面、潮汐區(qū)等)混凝土耐久性的提高，具有重要的現(xiàn)實意義。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1三聚氰胺甲醛縮合物 73％(重量百分比，下同)木質(zhì)素磺酸鹽 25％改性松香熱聚物 2％總量 100％
上述材料均為液體，將上述材料放入分散機中，攪拌10分鐘，稱量包裝，即得所需產(chǎn)品。將所得產(chǎn)品摻入混凝土中，其在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量1％?；炷涟韬臀锏暮瑲饬?、膨脹率、剝落量、抗壓強度損失、抗折強度損失性能見表1。
實施例2粉煤灰50％礦粉 35％β-甲基萘磺酸鹽縮聚物 14.5％三萜皂甙引氣劑0.5％重量 100％將上述各組分材料按比例加入混合機中，攪拌3-5分鐘，混合即得所需產(chǎn)品，裝袋封口包裝。將所得產(chǎn)品摻入混凝土中，在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量的5％?；炷涟韬臀锏暮瑲饬俊⑴蛎浡?、剝落量、抗壓強度損失、抗折強度損失性能見表1。
實施例3粉煤灰42％硅灰 50％β-甲基萘磺酸鹽縮聚物 7.7％三萜皂甙引氣劑0.3％重量 100％將上述各組分材料按比例加入混合機中，攪拌3-5分鐘，混合即得所需產(chǎn)品，裝袋封口包裝。將所得產(chǎn)品摻入混凝土中，其在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量的10％?；炷涟韬臀锏暮瑲饬?、膨脹率、剝落量、抗壓強度損失、抗折強度損失性能見表1。
實施例4粉煤灰62％煤矸石粉 32％β-甲基萘磺酸鹽縮聚物 4.4％木質(zhì)素磺酸鹽 1.5％十二烷基硫酸鈉0.1％總量 100％將上述各組分材料按比例加入混合機中，攪拌3-5分鐘，混合即得所需產(chǎn)品，裝袋封口包裝。將所得產(chǎn)品摻入混凝土中，其在混凝土中的摻入量為摻量為混凝土膠凝材料重量的15％，混凝土拌和物的含氣量、膨脹率、剝落量、抗壓強度損失、抗折強度損失性能見表1。
表1.使用本發(fā)明前后混凝土性能對比

表1中含氣量是指混凝土拌和物的含氣量；膨脹率、剝落量、抗壓強度損失、抗折強度損失為硬化混凝土試件經(jīng)28天標準養(yǎng)護后，在10％Na2SO4溶液中經(jīng)18次干濕循環(huán)后測得的數(shù)據(jù)，其中抗壓、抗折強度的損失是指混凝土試件在Na2SO4溶液中經(jīng)18次循環(huán)后的強度與28后標養(yǎng)試件相比的損失率。從表1中可以看到，使用本發(fā)明后混凝土在10％Na2SO4溶液中的膨脹率、剝落量顯著降低，抗壓強度損失、抗折強度損失大幅度減小，即混凝土的抗硫酸鹽結(jié)晶破壞的能力得到顯著提高。
權(quán)利要求
1.一種混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料，其特征在于由引氣劑、減水劑及活性摻合料組成，其組分的重量配比為組分 重量百分比減水劑1.9-98％，引氣劑0.1-20％，活性摻合料0-98％，其總量滿足100％；其中，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鹽、β-甲基萘磺酸鹽縮聚物、三聚氰胺甲醛縮聚物或聚羧酸鹽減水劑中的一種或幾種；所述引氣劑為三萜皂甙表面活性劑、松香樹脂類的鈉鹽化合物、脂肪酸鹽類化合物、磺化碳氫化合物或烷基-苯甲基磺酸鹽類化合物中的一種或幾種；所述活性摻合料為粉煤灰、礦渣微粉、硅灰或煤矸石粉中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料，其特征在于由引氣劑、減水劑及活性摻合料組成，其組分的重量配比為組分 重量百分比減水劑5-98％引氣劑0.1-5％活性摻合料1.9-92％其總量滿足100％。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料的使用方法，其特征在于抑制材料在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量的1-20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料的使用方法，其特征在于抑制材料在混凝土中的摻入量為混凝土膠凝材料重量的1-10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料，其特征在于所述的粉煤灰等級為I、II級，粉煤灰的需水量比小于105％，燒失量小于5％；所述的礦粉比表面積大于350m2/kg；所述的硅灰燒失量小于5％，SiO2含量大于80％；所述的煤矸石粉比表面積大于300m2/kg。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞抑制材料。由引氣劑、減水劑及活性摻合料組成，其中，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鹽、β－甲基萘磺酸鹽縮聚物、三聚氰胺甲醛縮聚物或聚羧酸鹽減水劑中的一種或幾種；所述引氣劑為三萜皂甙表面活性劑、松香樹脂類的鈉鹽化合物、脂肪酸鹽類化合物、磺化碳氫化合物或烷基－苯甲基磺酸鹽類化合物中的一種或幾種；所述活性摻合料為粉煤灰、礦渣微粉、硅灰或煤矸石粉中的一種或幾種。將本發(fā)明摻入混凝土中，可顯著減小混凝土硫酸鹽結(jié)晶產(chǎn)生的膨脹率，鹽結(jié)晶引起的混凝土剝落量、強度損失的大幅度減小，混凝土的抗硫酸鹽結(jié)晶破壞能力顯著提高。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，價格便宜，也易于推廣應(yīng)用。
文檔編號C04B24/20GK1868957SQ20061002743
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者楊錢榮, 楊全兵, 朱蓓蓉, 張樹青 申請人:同濟大學